白银市农田水利项目低压管道输水灌溉工程设计

□文/秦梅

该农田水利项目位于白银市四龙镇，主要涉及金山村、梁庄村、双合村、永丰村等4 个行政村，分别对应4 个片区。金山村、梁庄村、双合村片控制灌溉面积分别为13.33公顷、13.33公顷和26.64公顷；永丰村片控制灌溉面积20.12 公顷。小麦和玉米是项目区内主要的作物类型。项目区自2002年建成以来，主要采取大水漫灌、渠道输水等常规灌溉方式，水资源利用效率低，作物产量不高。管理部门于2020 年开始决定改用低压管道输水灌溉方式，以彻底逆转大水漫灌的低效率。

一、低压管道输水灌溉工程设计

（一）设计灌溉定额

为提升该农田水利项目对水资源的利用效率，必须在低压管道输水灌溉工程设计阶段，计算有效灌溉周期内低压管道灌溉量。灌溉模式的确定通常具有及时性特征，故应结合灌区主要作物类型，确定并适时调整设计灌溉量。此外，不同作物需水量不同，在灌溉制度确定时应选择最大灌溉量定额［1］。具体计算公式如下：

（1）m=667H（β1-β2）/η

式中：m～农田水利项目灌溉定额；H～灌溉后田间浸润深度预测值，根据主要作物类型在0.2～1 米之间取值；β1～农田灌溉量上限；β2～农田灌溉量下限；η～农田土壤密度。将上式和农田水利项目有效灌溉周期对接后便可得出灌溉周期内低压输水管道灌溉量［2］，公式如下：

（2）TL=m/Ep×Ts

式中：TL～有效灌溉周期内低压输水管道灌溉量；Ep～农田需水量最大值；Ts～设计灌溉周期；其余参数含义同前。

出于管理方便和集中供水方面的考虑，该项目采用干支管续灌的低压管道灌溉方式。结合该农田水利项目灌溉节水技术相关资料以及当地自然条件、灌溉设施现状、供水保证条件，灌溉定额取65 立方米/秒。而灌溉延续时间主要根据灌区面积、作物种类、农业生产计划等综合确定，灌溉延续时间7 天，低压输水管道灌溉系统每日运行24 小时。将相关参数代入式（1）和（2）得出，该农田水利项目金山村片、梁庄村片、双合村片、永丰村片设计灌溉流量分别为84.89 立方米/小时、142.69 立方米/小时、121.03 立方米/小时、342.09 立方米/小时。该项目4 个片区共包括22 条支管，支管最长达到1020 米，各支管所控制的出水口个数在2～13 个之间，所确定的支管流量在1.4～40.5立方米/小时之间。

（二）管径及管材

按照《管道输水灌溉工程技术规范（GB/T 20203～2017）》所规定的管径确定方法，应当结合经济流速进行管段直径计算，公式如下：

（3）D=18.8×（Q/V）0.5

式中：D～农田低压输水管道直径；Q～管道流量；V～管道经济流速，PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管分别按照1.2米/秒、1.1米/秒及1.0米/秒取值。

关于低压输水管道管材的选择，主要提出PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管等几种材质，具体比较见表1。经过对材料性能、施工便捷性等的综合比较，该农田水利工程最终选用性能优异、使用寿命长的PVC-U塑料管。

表1 农田水利项目低压输水管道管材比选

（三）沿程水头损失

该农田水利项目低压输水管道沿程管路水头损失按照下式确定：

（4）hf=0.948×105LQ1.774/d4.774

式中：hf～输水管道沿程水头损失；L～输水管道设计长度；d～输水管道管径；其余参数含义同前。

为保证计算结果的可靠性，输水管道沿程水头损失应逐段计算，沿程水头损失的10%即为局部水头损失；出水口工作水头、沿程水头损失及竖管设计高度之和为输水管道末端所需压力［3］，该农田水利工程末端出水口工作水头取1.5 米。鉴于表格较长，此处仅列出白银市金山村片输水管路水头损失计算结果，金山村片输水管路中支管6 所处位置最远，总水头损失最大，属于最不利供水节点；该支管末端地面实际高程43.31 米，考虑末端总水头损失后的出水口工作水头为51.81 米，取水管高程不满足正常输水要求，必须加压。

该农田水利项目其余片区支管也存在与金山村片支管6 类似的问题，为控制输水管路末端总水头损失，取得较好的输水效果，均须加压。

二、运行效果

根据对该农田水利项目低压管道输水灌溉系统运行效果的分析看出，项目低压管道输水过程中蒸发及渗漏损失大大减小，灌溉水利用效率明显提升，与原土渠和防渗渠道相比，可节约水量30%和5%。低压管道输水灌溉系统埋设在地下，可比明渠灌溉方式节省耕地占用2%～5%，田间建筑物大大减少，运行及管理过程实现了系统化和规范化，输水时间和轮灌期缩短，灌溉效率明显提升，也为增产增收提供了保证。

此外，低压管道输水系统属于有压供水，对于陡坡、沟坎、弯道、跨路等多种地形均普遍适用；灌溉设备及技术简单，水量易于计量和控制，管护方便，也为农田水利工程机械化、自动化生产提供了便捷条件。将输水管道埋设在地下，塑料管不易老化和破损，使用寿命可延长至50年。

三、结论

该农田水利项目低压管道灌溉工程实施后，灌溉水利用系数从原来的0.46 提升至0.71 左右，灌溉水节约效果十分可观，新增节水能力转用于项目区内灌溉面积的恢复和改善，中低产农田产量得以提升；项目的实施也为管理机构按实际用水量征收水费提供了可能，灌水秩序明显改善，农业生产者水费负担也进一步降低。